Giải thuật lập trình:

CHƯƠNG 4 : YÊU CẦU VÀ CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ

4.7 Giải thuật lập trình:

Sơ đồ khối của tồn bộ hệ thống:

4.8 Trình tự cơng việc thực hiện:

STT CÔNG VIỆC THỜI GIAN

1 Chế tạo khung máy 2 Chế tạo nồi hấp 3 Chế tạo trục băng tải 4 Chế tạo bánh răng 5 Chế tạo băng tải hấp

6 Lắp đặt nồi hấp và chạy thử nghiệm, chỉnh sửa 7 Chế tạo băng tải làm nguội

8 Lắp đặt bộ phận làm nguội và chạy thử 9 Chế tạo bộ phận cấp bột

10 Chế tạo bộ phận cắt bánh

11 Lắp đặt hệ thống điện-điều khiển 12 Lập trình

13 Chạy thử nghiệm, đánh giá kết quả và chỉnh sửa Bảng 4.8: Trình tự cơng việc thực hiện.

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 5.1 Tính tốn kích thước nồi hấp: 5.1 Tính tốn kích thước nồi hấp:

5.1.1 Tính tốn chiều dài nồi hấp:

Chiều dài nồi hấp được tính theo cơng thức sau: L=V.t (mét) Trong đó:

L: chiều dài nồi hấp. V: vận tốc băng tải.

t: thời gian hấp bột thành bánh phở. Vận tốc băng tải được tính theo cơng thức :

2 2 3600. . . t b G v b   , (m/s) Trong đó :

G2: Năng suất đầu ra của máy trong 1 giờ. b: Chiều rộng của bánh trên băng.

δ: Chiều dày của bánh phở trên băng. Với: G2 = 100kg/h, b = 0,2 m, δ = 0,001 m

ρb2: Khối lượng riêng bánh phở thành phẩm, kg/m3

ρb2 = ρb.(1 – ωb) + ρn.ωb, [kg/m3] ωb: Độ ẩm cuối của bánh phở, ωb = 40%

ρb: Khối lượng riêng của bột khô, ρb =950kg/m3

ρn: Khối lượng riêng của nước, ρn = 1000kg/m3 Suy ra: ρb2 = 950.(1 – 0,4)+1000.0,4= 970kg/m3 Vậy:

= 100

3600.0,2.0,001.970= 0.143 /

Hấp bằng hơi nước bão hoà ở nhiệt độ 100oC thời gian hấp là : t = 16s Vậy chiều dài hấp L: L= 0,143.16 = 2,288 m

5.1.2 Tính tốn chiều rộng nồi hấp:

Chiều rộng nồi hấp được xác định bằng công thức: B = Bt +2.c (m) Trong đó :

Bt : Chiều rộng băng tải hấp (m). Bt = b + 2.a

2. ( )

t

B  b a m

Với: b = 0,2m là bề rộng của bánh trên băng.

a = 0,13m là khoảng cách từ mép bánh đến mép băng tải. Bt = 0,2 + 2.0,13 = 0,46m

c: Khoảng cách giữa mép băng tải tới biên nồi hấp, nơi hơi nước bốc lên trên bang tải. c = 0,02 (Chọn). Vậy: B= 0,46 + 2.0,02 = 0,5m. 5.2 Tính tốn và chọn băng tải: a. Băng tải hấp

Do yêu cầu của nguyên vật liệu hấp nên ta chọn băng vải, băng vải vừa có nhiệm vụ vận chuyển và vừa có nhiệm vụ hấp. Mặt khác vật liệu vận chuyển có dạng bảng mỏng nên chọn băng vải có dạng phẳng, trơn.

Hình 5.2a. Kết cấu băng tải

Hình 5.2b.Sơ đồ tính tốn băng tải vải

Hệ số cản chuyển động của băng: = 0,022 Đường kính con lăn:

D1=d2=110mm

Khối lượng phần quay của 2 con lăn có tải: Gct=10kg

Khoảng cách giữa hai con lăn có tải: Lct=3m

Tải trọng trên một đơn vị chiều dài do khối lượng phần quay của các con lăn ở nhánh có tải 10 3, 3( / ) 3 ct ct ct G q kg m l   

Tải trọng trên 1 đơn vị chiều dài băng

qb= 1,1.B.δ (kg/m) (trong đó B là bề rộng băng = 380mm, δ chiều dày băng = 0.2mm)  qb = 1,1.0.38.0.2.10-3 = 8,36.10-5(kg/m)

Tải trọng trên một đơn vị chiều dài do khối lượng phần quay của các con lăn ở nhánh có tải 10 3, 3( / ) 3 ct ct ct G q kg m l   

Tải trọng trên một đơn vị chiều dài do khối lượng phần quay của các con lăn ở nhánh không tải 10 3, 08( / ) 3, 25 kt kt kt G q kg m l   

 Bắt đầu tính tại điểm 1. Ta có S1 nhỏ nhất, lực căng tại nhánh ra của tang dẫn

động

 Lực cản băng đổi hướng đoạn 1-2:

1 2 ( b kt). 1 2. b.

W  q q L q H

qb: trọng lượng băng trên một mét dài, (kg/m)

qkt : trọng lượng phần quay của con lăn ở nhánh không tải Trong đó: = 0,022 qb = 8,36.10^-5 (kg/m) qkt = 3,08 (kg/m) L1-2= 1 (m) H = 0,35 (m)  W1-2= (8,36.10^-5 + 3,08) 1.0,022 – 8,36.10^-5.0,35=0,067(kg)  Lực kéo ở điểm 2

S2 = S1 + W1-2 + Wtg

Wtg = 2,7.qv.B= 2,7.0,6.0,38=0.62 (kg)

( qv ): trọng lượng bánh trên một mét băng khơng tải

thể tích bánh trên 1 m vải là: 1. 0,4.0,2.10^-3= 8.10^-5 ( m3)

thực tế căn cứ 1 lít bột nặng 1,5 kg, nên 0,4 lít bột nặng 0,6 kg. qv = 0,6

S2 = S1+W1-2 + Wtg = S1 +0,067 + 0,62= S1 + 0,687 (kg)

 Lực cản trên đoạn 2-3

W2-3= 0,07. S2= 0,07.(S1 +0,687)= 0,07S1 + 0,05 (kg)

 Lực kéo tại điểm số 3 :

S3= S2 + W2-3 =( S1+ 0,687) + (0,07S1+ 0,05)=1,07S1+ 0,737 (kg)

 Lực cản băng đổi hướng 3-4

3 4 ( b kt). 3 4. b. W  q q L q H Trong đó: = 0,022 qb = 7,6.10^-5 (kg/m) qkt = 3,08 (kg/m) L3-4 = 1,85 (m) H = 0(m) => W3-4 =(7,6.10^-5 + 3,08).1,85.0,022=0,125 (kg)

S4 = S3 + W3-4 = 1,07S1+ 0,737+ 0,125=1,07S1 + 0,862 (kg)

 Lực cản tại điểm 4-5

W4-5 =0,07. S4 =0,07.( 1,07S1 + 0,862)= 0,075S1 + 0,06 (kg)

 Lực kéo tại điểm 5:

S5 = S4 + W4-5 =(1,07S1 + 0,862) + (0,075S1 + 0,06)= 1,145S1 + 0,922 (kg)

 Lực cản băng đổi hướng tại điểm 5-6

( ). . .

= 0,022 qb = 7,6.10^-5 (kg/m) qkt = 3,08 (kg/m) L5-6 = 0,4 (m) H = 0,35(m) => W5-6=(7,6.10^-5+3,08).0,4.0.022-(7,6.10^-5.0,35)=0,02 (kg)

 Lực kéo tại điểm 6

S6=S5+W5-6=1,145S1 + 0,922 +0,27=1,145S1 + 1,192(kg)

 Lực cản tại điểm 6-7

W6-7=0,07.S6=0,07(1,145S1 + 1,192)=0.08S1+ 0,083(kg)

 Lực kéo tại điểm7:

S7=S6 + W6-7=1,145S1 + 1,192 +0.08S1+ 0,083=1,225S1 + 1,275(kg)

7 8 ( b ct). 7 8. b. W  q q L q H Trong đó: = 0,022 qb = 7,6.10-5 (kg/m) qct = 3,3 (kg/m) L7-8 = 3 (m) H = 0(m) W7-8=(7,6.10^-5 + 3,3).3.0,022 – 0 = 0,218(kg)

 Lực kéo tại điểm 8:

S8=S7 + W7-8=1,225S1 + 1,275+0,218=1,225S1 + 1,443(kg)

Ta có: S8 = Svào; S1 = Sra

S10 = S1. , tra bảng sách kỹ thuật nâng chuyển tập 2, ta lấy : = 2100, f = 0,2 ; = 2,08 ( kỹ thuật nâng)

2,08S1 = 1,225S1 + 1,443  S1 = 1,68(kg)

 S2 = 2,367(kg)  S3 =2,534(kg)

 S6 = 3,1156 (kg)  S7 =3,3333(kg)  S8 =3,501 (kg)

Hình 5.2c. Biểu đồ lực kéo căng băng tải vải.

Xác định lực kéo: lực cản của tang đãn động khơng tính đến cản trong ổ trục xác định theo công thức:

Wdđ = 0,03(S8 + S1) = 0,03.(3,501+1,68) = 0,155( kg)

Lực kéo theo công thức

Wt= S8 - S1 + Wdđ = 3,501– 1,68 + 0,155 = 1,976(kg)

Công suất cần thiết của động cơ theo cơng thức N= ×

×ƞ ×ƞ ⌃ = , × ,

× , × , ⌃ =1,7.10-3 kw = 0,94 hiệu suất giảm tốc

Ƞkh = 0,95 hiệu suất ở các khớp nối Số vòng quay của tang trong một phút: N= .

. . = . ,

Trong đó:

v = 0,143 (m/s) vận tốc của bộ phận kéo D (m) đường kính của tang, D = 0,11m K = 0.98 ÷0,99 hệ số trượt

Chọn động cơ có số vịng quay trên phút là 1460 vịng/phút. Khi đó tỷ số truyền của bộ dẫn động: i = = 58,4 Vậy ta chọn hộp giảm tốc có i = 60. 5.3 Tính tốn và chọn động cơ:  Động cơ khuấy bột. Hình 5.3. Kích thước cánh khuấy Có số vịng quay : n = 20v/p ( chọn trước)

Giả sử chất bột hồ chiếm 0,75 thể tích bình chứa . Chiều cao cột lỏng : H1 = 0,75.H = 0,75.0,65 = 0,5m Xác định đường kính cánh khuấy:

2 . . Re b n d    Trong đó:

: khối lượng riêng của bột lỏng,[kg/m3]. Mà bột lỏng có thành phần khối lượng

nước là bột = 80% tương ứng  = 990kg/m3 n: số vịng quay (vịng/phút) d: đường kính cánh khuấy (m) : Độ nhớt động học của bột lỏng, [Ns/m2]  = n(1+4,5.b) Với : n = 0,8937Ns/m2 – độ nhớt động học của nước b: nồng độ pha rắn của hỗn hợp bột b = 1 - b = 0,2 => = 0,8937.10-3(1+4,5.0,2) = 1,698.10-3Ns/m2 => 2 2 3 . . 990.2.0, 2 Re 46643 1, 698.10 b n d       => dịng chảy rối

 Xác định chuẩn số cơng suất của cánh khuấy:

Công suất cánh khuấy được xác định theo công thức:

Np = kN.b.n3.d5 = 50.990.203.0,25 = 0,126kW

Công suất khởi động của động cơ:

N = (2  3).Np = 2Np = 2.0,126 = 0,252kW Công suất động cơ khi hiệu suất  = 0,95 và lấy dự trữ công suất là 20%.

Nđ = N N 0,3kW 95 , 0 252 , 0 . 2 , 0 252 , 0 2 , 0     

Vậy động cơ khuấy có : Nđ = 0,3kW n = 120v/p

5.4 Tính tốn chọn điện trở nhiệt:

 Tính tốn nhiệt cung cấp cho hệ thống:

Mục đích của tính tốn nhiệt hấp là thành lập phương trình cân bằng nhiệt, để biết được tất cả các nhiệt lượng tiêu hao thành phần qua đó xác định được lượng hơi tiêu hao hấp trong một giờ. Từ đó chọn được điện trở gia nhiệt có cơng suất phù hợp.

Phương trình cân bằng nhiệt cho hộp hấp :

Qcb= Qhi + Qmt ( W) Trong đó :

Qcb: Tổng nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình hấp ( W) Qhi: Nhiệt lượng hữu ích hấp chín bột ( W)

Qmt: Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh ( W)  Xác định nhiệt lượng có ích:

Qhi = Gb.Cpbơt.( tb1– tb0), [W] Trong đó :

Gb: Lưu lượng khối lượng bột vào trong một giờ (kg/h)

Gb = b.δ.ρb.vt , [kg/s] Với :

Vt = 0,143 m/s: Vận tốc băng tải ρb: Khối lượng riêng của bột hồ, kg/m3 ρb = 970kg/m3

b: Chiều rộng của lớp bột trên băng , b = 0,2 m δ: Chiều dày của lớp bột trên băng tải, δ = 0,001 m => Gb = 0,2.0,001.970.0,143 = 0,0277 kg/s

Cpbột: Nhiệt dung riêng của bột lỏng, J/kg*độ

Cbôt:Nhiệt dung riêng của bột khô, Cbôt = 1460 J/kg*độ Cn: Nhiệt dung riêng của nước, Cn = 4200 J/kg*độ

= 1460.( 1-0,7 ) + 4200.0,7 = 3378 J/kg*độ tb0: Nhiệt độ của bột đầu vào hộp hấp, oC tb1: Nhiệt độ cho phép hấp chín bột, oC Thay số ta được:

Qhi = 0,0277.3378.( 100 – 25 ) = 7018 W

 Xác định nhiệt tổn hao do tỏa ra môi trường xung quanh:

 Nhiệt lượng tỏa ra môi trường xung quanh phụ thuộc vào các yếu tố sau: - Diện tích tiếp xúc của nguồn nhiệt với mơi trường xung quanh.

- Hệ số tỏa nhiệt của vật liệu ngăn cách giữa nồi hấp và môi trường, ở đây là inox.

- Lượng hơi nước từ nguồn nhiệt thốt ra ngồi.

Từ những yếu tố trên, nhóm đã thực nghiệm bằng cách đun sôi nước với ấm đun siêu tốc inoxđể xác định nhiệt lượng tỏa ra môi trường xung quanhnhư sau:

Theo thực nghiệm:

Với ấm nước cơng suất 2000W đun 1,7 lít nước từ nhiệt độ 30oC lên 100oC trong thời gian 276s.

Theo lý thuyết (điều kiện lý tưởng là khơng có tổn hao nhiệt):

- Thời gian đun = 4200.1,7.(100 – 30)/2000 = 250 s - Vậy hệ số thất thốt nhiệt ra mơi trường là:

- Hệ số thoát nhiệt = (thực tế - lý thuyết)/lý thuyết = (276 – 250)/250 = 10,4% - Vậy nhiệt lượng thoát ra môi trường được chọn bằng 20% nhiệt lượng hữu ích. Vậy nhiệt lượng cần cung cấp là:

Qcb = Gh.r = Qhi + Qmt = 7018 + 7018*20% = 8422 W => chọn công suất của điện trở nhiệt là 9KW

Từ đó, nhóm thực hiện chọn mua 4 điện trở nhiệt 220V-2700W và có tổng cơng suất là: Công suất = 3.2700 = 10800W.

5.5 Thiết kế cơ khí:

Hình 5.5a: Thiết kế cơ khí trên phần mềm Autodesk Inventor.

Hình 5.5c: Ghép nối bộ phận truyền động.

Hình 5.5e: Truyền động từ hộp giảm tốc đến băng tải inox.

Hình 5.5g: Băng chuyền lấy sản phẩm.

Hình 5.5.i: Bộ phận cấp bột và cấp nước vào nồi hấp.

5.6 Thiết kế mạch điện: 5.6.1 Mạch relay 5.6.1 Mạch relay

- Khi DC = 1; Q4 đóng lại, có dịng từ VCC qua khóa Q4 cấp điện cho cuộn hút của relay DC CHINH.Trong mạch có sử dụng Diode D1 mắc vào 2 đầu cuộn dây của Relay. D1 có tác dụng xả dịng cho cuộn hút khi nó khơng hoạt động.

 Sơ đồ nguyên lý mạch relay 4 kênh

Hình 5.6.1b: Sơ đồ mạch relay 4 kênh.  Mạch thực tế relay 4 kênh:  Mạch thực tế relay 4 kênh:

Hình 5.6.1c: Mạch relay 4 kênh thực tế.

5.6.2 Mạch LCD 16x2:

 Sơ đồ nguyên lý mạch LCD:

Hình 5.6.2a: Mạch nguyên lý LCD 16x2  Mạch thực tế LCD  Mạch thực tế LCD

Hình 5.6.2b: Mạch LCD thực tế.

5.6.3 Mạch cảm biến hồng ngoại:

 Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến hồng ngoại:

Hình 5.6.3a: Mạch nguyên lý cảm biến hồng ngoại.  Mạch cảm biến hồng ngoại thực tế:  Mạch cảm biến hồng ngoại thực tế:

CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM - ĐÁNH GIÁ 6.1 Kết quả đạt được: 6.1 Kết quả đạt được: Nhóm đã hoàn thành những phần sau : - Bộ phận khuấy bột. - Hệ thống cấp bột. - Nồi hấp. - Hệ thống cấp nước nồi hấp. - Băng tải vải và băng tải lưới.

- Hệ thống truyền động cơ khí của máy. - Hệ thống điều khiển.

6.2 Kết quả chưa đạt được:

- Bộ phận dao cắt bánh chưa hoàn thành.

6.3 Ưu điểm:

- Máy hoạt động với năng suất cao.

- Máy thoát nhiệt khá ít, hoạt động khơng gây ồn.

- Hệ thống truyền động, dây chuyền băng tải vải và băng tải lưới hoạt động rất ổn định.

- Bột khi đi qua nồi hấp chín khá đều, bề mặt khá mịn.

6.4 Nhược điểm:

- Bộ phận cấp bột hoạt động chưa thực sự đạt như yêu cầu đưa ra.

- Do gặp khó khăn về vốn nên nhóm đã chọn giải pháp thay thế là dao cắt bằng Mica nên dao cắt không thực hiện đúng yêu cầu.

HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI:

Trong quá trình thiết kế và chế tạo, nhóm đã giải quyết được các vấn để cơ bản như cơ cấu cấp bột, hấp chín, cắt bánh, cảm biến theo dõi hoạt động cũng như hệ thống điều khiển tự động…Tuy nhiên, nhóm thực hiện cũng đã nhận ra một số điểm cần phát triển thêm ở đề tài này trong những lần sau đó là:

Hiện tại nguồn nguyên liệu đầu vào của máy là dạng bột lỏng đã được xay trước, nhóm đề xuất nên phát triển thêm bộ phận xay bột để nguồn nguyên liệu đầu vào của máy là gạo và nước – nguyên liệu chế biến đầu tiên để làm sợi Phở.

Máy làm sợi Phở mà nhóm nghiên cứu đang sử dụng 3 động cơ để truyền động các cơ cấu, điều này làm giá thành của máy tăng lên. Do đó, nhóm đề xuất nên giảm số lượng động cơ sử dụng trong lần phát triền sau.

Nồi hấp mà nhóm sử dụng chưa có bộ phận cách nhiệt với mơi trường bên ngồi nên sẽ gây lãng phí nhiệt lượng và nguy hiểm cho người sử dụng nếu khơng cẩn thận. Nhóm đề xuất phát triển thêm bộ phận cách nhiệt để tiết kiệm nguồn năng lượng và tăng tính an tồn. Đề xuất này sẽ làm giá thành của máy sẽ cao hơn nhưng sẽ được lợi về lâu dài vì nó giúp tiết kiệm chi phí năng lượng điện trong q trình sử dụng.

Máy hoạt động tốt nhưng chưa có vỏ bao bọc gây nguy hiểm cho người sử dụng, thể hiện sự thiếu chuyên nghiệp cũng như thẩm mỹ của sản phẩm, nhóm đề xuất nên thiết kế và chế tạo thêm vỏ máy cho lần phát triển tiếp theo.

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt

[1] www.google.com [2] www.youtube.com

[3] Tính tốn thiết kế bộ truyền đai răng.

URL:http://thietkemay.com/uploads/userfiles/file/3_%20T%C3%8DNH%20TO%C3%81N%20THI%E1% BA%BET%20K%E1%BA%BE%20B%E1%BB%98%20TRUY%E1%BB%80N%20%C4%90AI%20R%C4 %82NG.pdf

[4] Nguyễn Hồng Ngân và Nguyễn Danh Sơn, Kỹ thuật nâng chuyển tập 2 – Máy vận chuyển liên tục.

[5] Phạm Đức, Tính tốn máy nâng chuyển.

[6] PGS.TS Trịnh Chất – TS Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1. [7] PGS.TS Trịnh Chất – TS Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 2. URL:http://elearning.hcmut.edu.vn/pluginfile.php/271267/mod_resource/content/1/66%2 0TINH_TOAN_HE_DAN_DONG_CO_KHI1.pdf

Tiếng Anh

[8] Hướng dẫn lập trình với Ardrunio

www.ardunio.cc

[9] Hướng dẫn sử dụng LCD

www.dfrobot.com

[10] LCD datasheet [11] SRF05 datasheet

PHỤ LỤC A

SOURCE CODE ARDUNIO UNO:

#include <LiquidCrystal.h> int lcd_key = 0; int adc_key_in = 0; #define btnRIGHT 0 #define btnUP 1 #define btnDOWN 2 #define btnLEFT 3 #define btnSELECT 4 #define btnNONE 5